考虑氯离子侵蚀的深层隧道地震易损性分析

氯离子侵蚀对隧道的抗震性能产生不利影响,研究隧道在侵蚀环境下的地震易损性对全寿命周期的抗震评估至关重要.为了量化分析隧道长期在氯离子侵蚀作用下抗震性能的退化趋势,基于地震易损性理论,结合考虑氯离子侵蚀影响的混凝土和钢筋强度时变模型,分别选取峰值地面加速度和隧道直径变形率作为地震动强度指标和结构损伤指标,通过采用增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)方法进行时程分析,深入探讨了深层隧道的地震易损性,得到了不同服役时间及不同损伤状态下的地震易损性曲线.结果表明:在相同的服役时间和地震动强度下,轻微损伤的发生概率最高,其次是中等和严重损伤;在相同的损伤状态和地震动强度下,随着服役时间的延长,氯离子侵蚀导致隧道抗震性能下降,损伤概率上升;在轻微损伤状态下,当峰值地面加速度为0.30g且服役达100 a时,损伤概率是服役初期的2.39倍.研究结果可为深层隧道的抗震设计提供科学依据.

负离子除尘技术在隧道中的应用与数值模拟研究

以武隆隧道为例,采用便携式负离子发生器进行现场测试,验证了负离子的消耗与除尘的有效性。对武隆隧道中应用负离子净化系统的除尘效果进行了数值模拟。结果表明:隧道内的电场以电极为中心呈环形分布且向外不断扩展;随着粉尘颗粒粒径的增大,荷电量增大,在电场力的作用下粉尘颗粒越容易发生偏移运动;在作用时间为600 s时,对2.5μm与10μm粉尘的除尘率分别为63.57%与99.00%;增大工作电压可以有效提高除尘率。

接触溶蚀条件下混凝土游离钙离子固化效果研究

为研究将硅灰和硅酸钠作为掺合料内掺后的喷射混凝土在接触溶蚀条件下析出钙离子的规律,在不同掺量下制备了单掺和复掺混凝土试块,开展30 d去离子水浸泡试验,测试溶液中的钙离子浓度、溶液pH值的变化情况,并结合SEM等微观检测对接触溶蚀过程进行研究。结果显示:单掺硅灰试块在不换水条件下的钙离子溶出量大大低于空白组,换水条件下30 d内3%、5%、7%掺量组较空白组平均溶出钙离子总重依次减少73.29%、69.65%、69.26%;单掺硅酸钠后,不换水条件下3%掺量的试块钙离子溶出量也能得到明显的降低,换水条件下30 d内1%、3%、5%掺量组较空白组平均溶出钙离子总重依次减少9.22%、20.53%、29.96%;将单掺组中固化效果良好的3%掺量硅灰和5%掺量硅酸钠复掺入混凝土后,不换水条件下浸泡溶液初始钙离子浓度仅为20~30 mg/L,从第18天左右溶液游离钙离子清零,换水条件下复掺试块较空白组平均溶出钙离子总重减少约85%。

锂离子电池全寿命周期个性化退役与评价方法

锂离子电池(Lithium-ion batteries,LIBs)广泛应用于储能系统(Energy storage system,ESS)、电动汽车(Electric vehicles,EVs)等领域。然而,电池在运行过程中容量会逐渐下降直至退役。传统方法以80%健康状态(State of health,SOH)作为退役标准,未考虑电池实际衰退速率,不仅不能充分利用健康电池,而且难以有效保障非健康电池的安全性。同时,SOH相等但电池老化特性和衰退速度不一定相同。仅以SOH评价无法准确反映电池老化差异。为此,提出一种锂离子电池全寿命周期个性化退役标准和老化评价方法。以容量衰退梯度和SOH为特征,首次定义全新退役指标(Index of decommissioning,IoD),计算IoD在80%SOH下的分布,获取退役阈值,并以此阈值为标准定义电池退役时刻。提出一种全新的健康状态评价指标—电池容量跳水度(Terminal diving rate,TDR),评价电池在使用过程中出现的非线性老化现象。通过在MIT公开数据集上验证,所提方法计算简单、鲁棒性强,能够实现电池个性化退役,更有效地评估电池老化差异,提高电池利用率,保障使用安全。

周盘沟岩溶隧道衬砌流固耦合劣化机理及稳定性研究

隧道混凝土衬砌层在流固耦合作用下极易受侵蚀离子影响,导致性能发生劣化。为了分析周盘沟隧道衬砌层在流固耦合作用下受侵蚀离子影响的劣化效果,本文调研了钢筋混凝土在不同腐蚀性介质下的劣化计算公式,采用FLAC3D对周盘沟隧道流固耦合作用下侵蚀离子对衬砌层的影响进行数值模拟计算,通过公式计算周盘沟隧道预估使用寿命,旨在为周盘沟隧道运营期衬砌混凝土的养护提供参考。

公路隧道排水系统水质高效净化技术研发与应用

公路隧道排水系统水质中存在的有机物可导致排水系统淤堵,同时还对生态环境产生了潜在威胁。在此,本研究在电流背景下构建基于过氧单硫酸盐的类芬顿体系[E/Fe(Ⅲ)/PMS],实现了对公路隧道排水系统中水质中化学需氧量(COD)的高效去除。通过单因素实验探究了电流密度、Fe(Ⅲ)用量、PMS用量、初始溶液pH对于水中COD的影响规律。结果表明,在较低的用电量下(0.43 kWh/m^(3)),30分钟内水中COD下降了95.3%。在阴极的给电子作用下,Fe(Ⅲ)不断被还原为Fe(Ⅱ),实现了持续的Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)氧化还原循环,从而达到了持续活化PMS的效果。电子顺磁共振(EPR)实验证明,在Fe(Ⅱ)的催化下,PMS产生了硫酸根自由基(SO^(-)_(4)·),羟基自由基(HO·)和单线态氧(1 O2)。根据探针实验,计算出SO^(-)_(4)·,HO·和^(1)O_(2)的稳态浓度分别为1.42×10^(-12)M,4.15×10^(-12)M和4.68×10^(-12)M。此外,酸性条件下Fe(Ⅲ)可保持稳定持久的催化活性,同时,通过调高溶液pH和添加重金属捕获剂即可实现对Fe(Ⅲ)的回收。本研究为公路隧道排水系统淤堵和水质净化提供了新的治理思路。

杂散电流与盐溶液共存环境下地铁隧道管片混凝土砂浆相的氯离子迁移规律试验研究

通过室内试验,研究了杂散电流与盐溶液共存环境对地铁隧道管片混凝土砂浆相的氯离子迁移规律的影响。将试件浸泡于氯盐溶液和氯盐硫酸盐复合溶液中,并外加直流杂散电流,得到不同环境组合情况下氯离子在砂浆中的分布情况。试验结果表明:砂浆中的氯离子含量沿渗透深度方向大致呈指数型分布;直流电场下氯离子在砂浆中的迁移速率显著提升,砂浆各深度处的氯离子含量显著增加;复合盐溶液浸泡下,砂浆中的最大氯离子含量总是低于单独氯盐溶液浸泡的,硫酸根离子的存在对氯离子在砂浆中的迁移产生了一定的抑制作用。

纵向通风下锂离子电池热失控气体扩散特性

为探究井下巷道中纵向通风对锂离子电池热失控气体扩散的影响,利用计算流体力学软件Fluent建立不同纵向风速下的二维扩散模型。结果表明:纵向通风抑制气体入口上风侧热失控气体的扩散,促进下风侧热失控气体的扩散;当纵向风速为3 m/s时,热失控气体扩散到出口边界所用时间约是无风时的0.4倍;在相同扩散时间内,随着纵向风速的增大,在计算域内形成的扩散范围越大;爆炸范围随着扩散时间的增大基本呈现先增大后减小的趋势;在0.25~3 m/s纵向风速下,最大爆炸范围随着纵向风速的增大而增大;纵向风速为0.75 m/s时最大危险范围最小,为6.79 m^(2);0.5~0.75 m/s范围内的纵向风速对巷道中热失控气体的稀释扩散效果最佳。

一步法合成碳包覆Na_(0.44)MnO_(2)正极材料的制备及电化学性能

以MnCO_(3)为锰源,Na_(3)C_(6)H_(5)O_(7)•2H_(2)O为碳源和钠源,采用一步固相法制备碳包覆Na_(0.44)MnO_(2)(NMO/C)正极材料,对材料的晶体结构、微观组织形貌进行表征分析,探究Na_(3)C_(6)H_(5)O_(7)•2H_(2)O和Na_(2)CO_(3)对Na_(0.44)MnO_(2)晶体结构的影响;采用NMO/C组装纽扣电池进行循环伏安和首圈充放电测试,探究NMO/C材料的电化学性能。结果表明:NMO/C材料具有三维隧道结构,空间群为Pbam,形貌为长棒状,且表面均匀包覆一层2~3 nm的碳层;NMO/C正极材料表现出比较优异的长循环寿命和倍率性能,0.5 C倍率下的首圈放电比容量为113.1 mAh•g^(−1),循环1000圈后的放电比容量仍有74.1 mAh•g^(−1),容量保持率为65.5%;0.1,0.2,0.5,1.0,2.0 C倍率下的放电比容量分别为121.1,115.7,113.4,110.3,103.9 mAh•g^(−1),这是由于碳包覆层不仅可提高Na_(0.44)MnO_(2)正极材料的导电性,还可阻碍其与电解液直接接触,抑制Mn3+的溶解,致使NMO/C材料表现出优异的电化学性能。

Tunneling exits of H_2^+ in strong laser fields

Different from atoms, the multicenter of the Coulombic potentials in molecules makes the tunneling ionization complex,and the electron tunnels out the laser-dressed Coulomb potential with a complex structure. We study tunneling exits of H2^＋ at large internuclear distance in strong laser fields by numerically simulating the time-dependent Schrodinger equation plus a classical backward propagation of the ionized wave packet. This study strengthens the understanding of molecular tunneling ionization in strong laser fields.

波浪作用下海底隧道氯离子侵蚀劣化时变分析

浅水区海底隧道处于复杂波动水力环境中,既有理论研究一般只在静水环境中计入氯离子自由扩散对隧道衬砌的侵蚀作用,而较少考虑海洋波浪力对衬砌结构腐蚀的促进作用。首先采用适用于浅水区的Stokes二阶波浪理论确定了海床表面的波浪压力,基于Biot固结理论获得了隧道衬砌周围的水压响应;接着利用改进的Fick第二定律同时考虑水压和浓度梯度驱动下的氯离子扩散,并采用指数型强度劣化模型描述服役时间内衬砌混凝土的劣化效应;最后结合波浪作用下衬砌氯离子侵蚀效应进行了海底隧道衬砌承载力计算,并将理论解析解与数值模型和既有的试验结果进行了对比,获得了较好的一致性。结果表明,忽略动态波浪压力对衬砌混凝土中氯离子渗流的促进作用,将低估衬砌混凝土内部的氯离子扩散速度,随着波浪周期增加,衬砌内部氯离子侵蚀入渗的最大深度明显增大;而不考虑衬砌强度劣化效应会明显高估隧道结构的服役寿命,不利于海底隧道服役期间的安全储备。

中老铁路友谊隧道石盐地层工程建设关键技术

中老铁路友谊隧道穿越石盐地层,含盐量高达80%,国内外罕见。为解决石盐地层隧道出现的隧底围溶蚀空洞、钢材严重腐蚀、衬砌开裂和底鼓等病害,保证施工与运营安全,通过实地调查、现场补勘、室内试验、数值模拟等方法,对石盐地层隧道防水体系构建、注浆堵水设计、氯离子侵蚀防治、结构选型和建筑材料研究等关键技术进行深入研究,结合现场监测和目前友谊隧道运营状态发现,整治处理取得了良好效果。研究结果表明:(1)探明石盐地层具有强溶解性、强侵蚀性、膨胀性的工程特性;(2)为限制地下水流动,避免石盐溶解,需采取全包防水措施,同时根据初支渗漏水情况分别采取隧底注浆、局部径向注浆和初支背后充填注浆;(3)针对超高浓度氯离子环境提出多道设防理念,设置素混凝土隔水层结构及两道卷材防水层;(4)通过结构比选,二衬推荐采用60 cm厚圆形衬砌结构,同时全段落衬砌结构取消洞室和各种加宽加高,降低结构防水难度;(5)为解决高强度等级混凝土易开裂问题,推荐隔水层结构采用C35聚合物混凝土,二衬采用C40低热混凝土。

氯离子侵蚀环境中衬砌管片服役寿命的贝叶斯动态评估

为了解决目前大多数衬砌管片服役寿命评估结果过于保守以及隧道寿命预测不准确的问题,提出一种氯离子侵蚀环境中衬砌管片服役寿命的贝叶斯动态评估方法;通过模拟计算衬砌管片可靠度,考虑保护层厚度、混凝土抗压强度和钢筋抗拉强度的不确定性,实现时变状态下氯离子侵蚀导致衬砌管片承载力减小的全过程描述,并利用现有监测数据完成对衬砌管片服役寿命进行动态更新。结果表明:将所提出的方法应用于某盾构隧道工程,当仅考虑氯离子浓度作为寿命终点时,保守估计衬砌管片的服役寿命仅为37 a;在氯离子侵蚀环境中,理论计算和模拟计算显示衬砌管片会在第92年因可靠度不足而达到寿命终点;利用现有观测数据,根据贝叶斯公式对理论数据进行动态更新,衬砌管片可靠度在第88年提前失效,隧道寿命缩减4%,在实际应用中需要提前加强防护以确保隧道能够达到设定年限。

基于扩散-对流模型的海底混凝土隧道耐久寿命预测

考虑海底隧道承受侵蚀性高压力海水的服役环境特点以及高性能混凝土的非饱和特性,建立了海底混凝土隧道氯离子扩散-对流传输模型和耐久寿命预测模型。以舟山沈家门海底隧道为工程背景,通过室内实验确定计算参数,采用TOUGH2软件数值模拟了环境中氯离子侵入隧道的传输过程,得到了氯离子经时传输规律,以及水头、混凝土初始饱和度、环境氯离子质量分数的作用规律,比较了扩散、饱和扩散-对流、非饱和扩散-对流预测模型的计算差异。结果表明:海底隧道腋角位置的氯离子质量分数累积最高;水头和环境氯离子质量分数与氯离子质量分数增长呈正相关,混凝土初始饱和度与氯离子质量分数增长呈负相关;按照扩散模型预测得到的隧道耐久寿命最长,按照非饱和扩散-对流模型预测得到的耐久寿命最短。

水下水工建筑物检测及修复加固技术研究

随着高坝大库建成投产及长期运行,水下水工建筑物或多或少存在不同程度的缺陷,为确保水工建筑物安全稳定运行,需进行水下检测和修复,特别是超深超长隧洞水下修复加固处理亟待解决。对水下检测及修复加固技术进行研究,阐述各种水下检测方法的优缺点及适用范围和100 m以内水下修复加固处理方法,首次提出超深超长隧洞水下修复加固采用ADS常压潜水系统进行水下作业,为解决类似问题指明研究方向,成功运用将填补国内外空白。

公路隧道多孔混凝土硅烷防水膜性能研究

为提升多孔混凝土的耐久性,增加公路隧道的使用寿命,研究公路隧道多孔混凝土硅烷防水膜性能。以某公路隧道工程为例,采用P.O42.5水泥等原材料制备多孔混凝土基样,将制备的硅烷防水剂均匀涂抹在多孔混凝土基样上,制备防水膜厚度为4mm、7mm和10mm的多孔混凝土硅烷防水膜试样,对其进行吸水率和防水性能试验。试验结果显示:公路隧道多孔混凝土的吸水率分别为8.46%、5.97%和3.33%;三种防水膜厚度试样的接触角结果在100°~120°范围内波动,防水性较好。

高速公路隧道用洞渣混凝土耐久性研究与应用

以某高速公路隧道混凝土为例,阐述了隧道高性能混凝土的配合比设计理念,针对隧道混凝土的耐久性进行了研究。由于目前市场天然砂紧缺的原因,因此用优质机制砂替代了部分天然砂,试验过程中使用的粗骨料及机制砂均产自隧道洞渣。研究表明,通过控制配合比设计过程中的水胶比、砂率以及机制砂石粉含量,能有效改善隧道衬砌混凝土的抗冻性能、抗氯离子渗透性能及抗硫酸盐侵蚀性能。

胶州湾海底隧道衬砌混凝土的环境条件与耐久性

隧道的衬砌混凝土一侧接触水或含水土,另一侧接触空气,是典型的干湿交替环境。青岛近年的月平均相对湿度为62%～86%,在正常通车和排风条件下,隧道中或洞口处的CO2浓度为大气中的5倍以上,混凝土易碳化从而导致钢筋锈蚀。海水及地下水中含SO24-,K+,Na+等,易导致混凝土硫酸盐腐蚀和碱骨料反应破坏。因此,在该隧道衬砌混凝土的耐久性设计中需考虑碱骨料反应、Cl-侵蚀、硫酸盐腐蚀、碳化、冻融、软水腐蚀、高压渗水、积水、火灾等因素;在混凝土的原材料选择、质量控制、配合比及有关性能指标确定、构造措施、施工质量保障及验收标准等方面应严格把关;此外还应考虑表面防水处理、预埋耐久性监测系统等耐久性附加措施。耐久性试验研究表明:混凝土的碳化深度随强度增加而下降;增加胶凝材料中的水泥用量、降低水胶比则有利于提高混凝土抗碳化性能。混凝土Cl-扩散系数与抗压强度成指数函数关系,当隧道混凝土强度等级高于C50,其Cl-扩散系数可小于4×10-12m2/s。

海底盾构隧道管片接头氯离子侵蚀运移规律研究

随着海底隧道服役时间的延长,氯离子侵蚀对衬砌结构的危害会不断递增,需对此进行深入研究。文章从多孔介质中腐蚀离子运移机理出发,采用渗流与离子运移耦合分析的方法,建立了管片接头氯离子侵蚀运移数值模型,重点分析管片接头位置在海底氯盐环境长期侵蚀作用下的氯离子侵蚀运移规律,得到的主要结论有:孔隙水是氯离子在管片混凝土中侵蚀运移的载体,氯离子在管片中侵蚀运移作用主要包括对流、分子扩散、机械弥散等;随着隧道服役时间的延长,氯离子从管片接头外表面向隧道内部渗透的深度越大;隧道外部水压对管片渗透速度与深度影响显著,外部水压越大海水渗透深度越深;接头局部区域的氯离子侵蚀体现出不均匀分布现象,氯离子浓度较远离接缝处较高,到达临界浓度的时间也较短;近接缝面位置处由于边界条件不同及不连续的影响,存在氯离子运移曲线轨迹。

基于可靠度理论的水下大直径盾构隧道衬砌结构服役寿命预测研究

文章依托南京纬三路水下大直径盾构隧道工程实例,针对盾构管片衬砌结构耐久性设计,展开盾构隧道衬砌结构服役寿命预测研究。基于相似法则和可靠度理论,利用蒙特卡罗法和Matlab计算程序,采用裂缝限值准则和承载力极限准则两种服役寿命的预测方法,对隧道衬砌结构进行了系统深入的研究。结果表明,假设隧道结构建成伊始即处于侵蚀环境中,并处在没有采取防护措施的最不利条件下,则服役寿命预测值在裂缝限值准则下为124年,比承载力准则下的133年小,符合裂缝满足结构适用性、承载力满足结构安全性的工程实际情况。研究结果可为今后类似水下盾构隧道耐久性设计提供理论依据。